Étude de faisabilité et implémentation de Zak-OTFS : une nouvelle modulation pour la haute mobilité dans 6G

Bel Madani, Mohamed Anas (2026). « Étude de faisabilité et implémentation de Zak-OTFS : une nouvelle modulation pour la haute mobilité dans 6G » Mémoire. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en informatique.

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Résumé

Dans les scénarios visés par les futures générations des réseaux sans fil 6G comme les trains à grande vitesse, drones, réseaux véhiculaires, liaisons non terrestres, la mobilité élevée et l’usage de fréquences porteuses plus élevées rendent le canal radio doublement sélectif, à la fois en délai et en Doppler. Dans ce contexte, les formes d’onde dans le domaine temps–fréquence de référence, telles que le multiplexage par répartition de fréquences orthogonales (OFDM), deviennent sensibles au Doppler via l’apparition d’interférences inter-porteuses, ce qui impose une surcharge en pilotes et une complexité accrue d’estimation/égalisation. Ce mémoire étudie la modulation espace temps-fréquence orthogonal par transformée de Zak Zak-OTFS, une formulation d’OTFS basée sur la transformée de Zak, qui décrit la transmission dans le domaine délai–Doppler et permet d’exploiter une structure plus régulière de la relation entrée–sortie, notamment dans des régimes où la réponse effective devient prédictible. L’objectif est d’évaluer la faisabilité et les performances d’une chaîne Zak-OTFS intégrant un filtrage Gaussian–Sinc (GS) et deux schémas de pilotes (embarqué et exclusif), puis de positionner les résultats vis-à-vis d’une chaîne OFDM de référence soumise aux mêmes contraintes de canal et de charge pilote. Le filtre GS, conçu pour améliorer le compromis entre concentration et lobes secondaires sans expansion en temps ni en bande, est retenu afin de renforcer la robustesse en domaine délai–Doppler. Au récepteur, la méthodologie repose sur l’estimation d’un canal effectif autour d’un pilote, la reconstruction et la soustraction de sa contribution sur la grille, puis une détection linéaire de type MMSE sur la région de données. La démarche est double. Premièrement, une plateforme de simulation base-bande sous LabVIEW est développée pour comparer Zak-OTFS-GS et OFDM selon des métriques complémentaires : taux d’erreur binaire (BER), erreur quadratique moyenne normalisée (NMSE) et rapport crête-à-moyenne (PAPR/CCDF), sur AWGN, un canal multipath de type Veh-A et un canal 3GPP (ETU-HS). Les résultats montrent qu’en AWGN, l’OFDM demeure plus performant, ce qui fixe une référence en absence de sélectivité délai–Doppler. En revanche, dès que le canal devient doublement sélectif, Zak-OTFS présente une dégradation nettement moindre et une amélioration marquée du BER à SNR élevé, tandis que l’OFDM reste fortement pénalisé par le Doppler. Le schéma à pilote exclusif devient alors particulièrement avantageux, alors que le pilote embarqué peut exhiber un plancher d’erreur attribuable à des interférences résiduelles et à des effets hors-grille. Deuxièmement, une transposition expérimentale sur une plateforme radio logicielle (USRP B210) valide la faisabilité fonctionnelle de la chaîne Zak-OTFS-GS (formation de trame, synchronisation, compensation fréquentielle, extraction et traitement Rx), tout en mettant en évidence un verrou majeur : la latence de calcul côté réception, dominée par la détection linéaire et la construction du modèle équivalent, incompatible avec une cadence temps réel sans optimisation structurelle. Ainsi, ce mémoire met en évidence l’apport de Zak-OTFS face à l’OFDM dans des canaux doublement sélectifs, à travers une évaluation de performances sur différents modèles de propagation. Il démontre également la faisabilité d’une implémentation sur SDR et met en lumière les contraintes de calcul observées lors du prototypage. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Zak-OTFS, transformée de Zak, domaine délai–Doppler, prédictibilité, filtre Gaussian–Sinc, pilotes embarqué/exclusif.

Type:	Mémoire accepté
Informations complémentaires:	Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A.
Directeur de thèse:	Ajib, Wessam
Mots-clés ou Sujets:	Communications mobiles 6G / Transformée de Zak / Espace temps-fréquence orthogonal / OTFS / Domaine délai-Doppler
Unité d'appartenance:	Faculté des sciences > Département d'informatique
Déposé par:	Service des bibliothèques
Date de dépôt:	07 avr. 2026 13:27
Dernière modification:	07 avr. 2026 13:27
Adresse URL :	https://archipel.uqam.ca/secure/id/eprint/19883

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